横风下高速列车突入隧道时气动荷载冲击效应

doi:10.12141/j.issn.1000-565X.190008

华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2019, Vol. 47 ›› Issue (10): 130-138.doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.190008

横风下高速列车突入隧道时气动荷载冲击效应

邓锷杨伟超^† 张平平

中南大学土木工程学院，湖南长沙 410075

收稿日期:2019-01-09 修回日期:2019-05-24 出版日期:2019-10-25 发布日期:2019-09-01
通信作者: 杨伟超( 1978-) ，男，博士，讲师，博士生导师，主要从事隧道与地下工程施工方面研究 E-mail:weic_yang@163.com
作者简介: 邓锷( 1991-) ，男，博士生，主要从事隧道与地下工程施工方面的研究．
基金资助:
国家自然科学基金资助项目( 51978670) ;中南大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目( 2019zzts291)

Impact Effect of Aerodynamic Loads on High-Speed Trains When Entering into Tunnel Under Crosswinds

DENG E YANG Weichao ZHANG Pingping

School of Civil Engineering，Central South University，Changsha 410075，Hunan，China)

Received:2019-01-09 Revised:2019-05-24 Online:2019-10-25 Published:2019-09-01
Contact: 杨伟超( 1978-) ，男，博士，讲师，博士生导师，主要从事隧道与地下工程施工方面研究 E-mail:weic_yang@163.com
About author: 邓锷( 1991-) ，男，博士生，主要从事隧道与地下工程施工方面的研究．
Supported by:
Supported by the National Natural Science Foundation of China( 51978670)

摘要/Abstract

摘要： 对高速列车由横风环境驶入隧道过程中流场的非定常、可压缩以及湍流等特性，建立了隧道－列车－空气三维 CFD 数值模型，分析了列车驶入隧道时各节车厢的气动荷载瞬态变化特征及对应的车厢运行姿态变化，并从流场角度揭示了其变化机理，最后探讨了气动荷载对车厢的冲击效应．主要结论如下: ( 1) 当列车由横风环境驶入隧道时，各节车厢的5 项气动荷载均表现出显著的突变特征，相应地各节车厢均会呈现瞬间偏转以及瞬间“点头”等行为;( 2) 车厢两侧压差在纵向上的巨大差异是导致车厢横向力和倾覆力矩的突然卸载以及偏航力矩骤增的根本原因; ( 3) 横风是导致气动荷载对车厢冲击强度显著升高的主要因素;( 4) 头车的安全系数是控制整列车运行安全性的关键

关键词: 隧道, 横风, 高速列车, 气动荷载, 冲击效应

Abstract: A 3D CFD numerical model of tunneltrain-air was built to analyze the transient change characteristics of the aerodynamic loads of each carriage when a HST enters tunnel and the corresponding change of the running postures of each carriage，considering the unsteady compressible turbulent characteristics of the flow field when a highspeed train ( HST) enters into tunnel． The corresponding change mechanisms were uncovered from the perspective of flow field． The impact effect of aerodynamic loads on the carriage was discussed． The main conclusions are as follows: ( 1) The five aerodynamic loads of each carriage show remarkable sudden change characteristics，and accordingly，all carriages show instantaneous deflection and‘nodding’and other behaviors． ( 2) The great difference in longitudinal pressure difference between the two sides of the carriage is the fundamental reason of the sudden unloading of side force and rolling moment and the sudden increase of yawing moment． ( 3) Crosswind is the main factor that causes the impact strength of aerodynamic loads on the carriage to rise remarkably． ( 4) The safety coefficient of the head carriage is the key to control the traffic safety of the whole train．

Key words: tunnel, crosswind, highspeed train ( HST), aerodynamic load, impact effect

中图分类号:

邓锷杨伟超张平平. 横风下高速列车突入隧道时气动荷载冲击效应[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2019, 47(10): 130-138.

DENG E YANG Weichao ZHANG Pingping. Impact Effect of Aerodynamic Loads on High-Speed Trains When Entering into Tunnel Under Crosswinds[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2019, 47(10): 130-138.

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横风下高速列车突入隧道时气动荷载冲击效应

Impact Effect of Aerodynamic Loads on High-Speed Trains When Entering into Tunnel Under Crosswinds

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